深入了解工業(yè)應(yīng)用的高性能RF MEMS開關(guān)

射頻（RF）MEMS市場(chǎng)主要有兩部分。其中最大的部分是與濾波器相關(guān)，例如博通（Broadcom）、Skyworks、Qorvo等大公司提供的BAW和SAW濾波器等產(chǎn)品。另一部分與射頻開關(guān)相關(guān)，預(yù)計(jì)將于2019年開始快速發(fā)展。在該領(lǐng)域中，像CavendishKinetics這樣的小公司目前正在小批量供應(yīng)RFMEMS開關(guān)給消費(fèi)電子市場(chǎng)，僅用于低端智能手機(jī)。但今年，更多的廠商進(jìn)入射頻開關(guān)市場(chǎng)，其產(chǎn)品主要針對(duì)工業(yè)應(yīng)用，如MenloMicro、AirMEMS、亞德諾半導(dǎo)體（AnalogDevicesInc.，ADI）等公司預(yù)計(jì)將進(jìn)入量產(chǎn)階段，并獲得終端設(shè)備或系統(tǒng)采用。儀器或測(cè)試系統(tǒng)正在尋求高速、低損耗開關(guān)，以取代傳統(tǒng)的繼電器（EMR），因此射頻MEMS開關(guān)有望替代者。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，亞德諾半導(dǎo)體面向大眾市場(chǎng)首次推出的兩款RFMEMS開關(guān)是ADGM1304和ADGM1004。其中，ADGM1304是一款寬帶、單刀四擲（SP4T）開關(guān)，采用ADI公司的微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）開關(guān)技術(shù)制造而成。利用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)小型、寬帶寬、高線性、低插入損耗開關(guān)，其工作頻率可低至0Hz/DC，是各種射頻（RF）應(yīng)用的理想開關(guān)解決方案。

通過互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）/低壓晶體管對(duì)晶體管邏輯（LVTTL）兼容型并行接口控制一個(gè)內(nèi)部集成的控制芯片產(chǎn)生一個(gè)高壓用于靜電驅(qū)動(dòng)該開關(guān)。所有四個(gè)開關(guān)都可單獨(dú)進(jìn)行控制。

ADGM1304功能框圖

下圖為該MEMS開關(guān)的橫截面示意圖。它是一種三端子配置的靜電驅(qū)動(dòng)懸臂梁式開關(guān)。其在功能上類似于場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），端子可用作源極、柵極和漏極。

MEMS開關(guān)設(shè)計(jì)的橫截面，圖中所示為懸臂開關(guān)梁（不成比例）

將一個(gè)直流驅(qū)動(dòng)電壓作用于柵極和源極之間（開關(guān)梁）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生靜電力，把梁吸向基板。另一個(gè)片上電荷泵IC產(chǎn)生偏置電壓；80V用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)。

當(dāng)柵極和源極之間的偏置電壓超過開關(guān)閾值電壓時(shí)，梁上的觸點(diǎn)便接觸漏極，源極和漏極之間的電路閉合，開關(guān)接通。移除偏置電壓后，即柵極上為0V時(shí)，懸臂梁像彈簧一樣，產(chǎn)生足夠大的恢復(fù)力，使源極和漏極之間的連接斷開，從而電路開路，開關(guān)關(guān)斷。

下圖顯示了LFCSP封裝中的SP4TMEMS開關(guān)和控制器芯片。一些LFCSP模塑材料被移除，以使MEMS開關(guān)芯片（右）和控制器芯片（左）及相關(guān)焊線可見。右側(cè)可以看到覆蓋開關(guān)芯片的硅密封蓋，其顯示為一個(gè)黑色矩形。密封使開關(guān)處于受控環(huán)境中，可提高可靠性并延長(zhǎng)壽命。開關(guān)觸點(diǎn)不會(huì)因?yàn)楦汕袚Q或低功率切換而壽命縮短。

ADGM1304的LFCSP封裝，移除了部分模塑料以顯示MEMS開關(guān)芯片（右）、控制器芯片（左）和相關(guān)焊線

ADGM1304采用24引腳、5mmx4mmx0.95mm引腳架構(gòu)芯片級(jí)封裝（LFCSP）。

ADGM1304封裝橫截面（樣刊模糊化）

ADGM1304中的MEMS芯片（樣刊模糊化）

ADGM1304主要應(yīng)用：

- 繼電器替代方案

- 射頻（RF）測(cè)試儀表

- 可重配置的濾波器/衰減器

-自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）：RF/數(shù)字/混合信號(hào)

- 射頻（RF）無線通信

- 高性能射頻（RF）開關(guān)

本報(bào)告對(duì)亞德諾半導(dǎo)體RFMEMS開關(guān)ADGM1304進(jìn)行詳細(xì)地拆解與逆向分析，并提供成本分析與價(jià)格預(yù)估。同時(shí)，本報(bào)告還將ADGM1304與ADGM1004進(jìn)行物理結(jié)構(gòu)和成本的比較，以突出兩款產(chǎn)品之間的異同。

ADGM1304與ADGM1004對(duì)比分析